способ смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов

Формула изобретения

Способ смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов, включающих размещение поперек потока жидкости или газа насадка с дренажными отверстиями на боковой поверхности, выброс в набегающий поток смешиваемых компонентов через дренажные отверстия насадка, отличающийся тем, что насадок выполняют в виде плохообтекаемого кругового цилиндра и ориентируют его относительно потока так, чтобы дренажные отверстия по обе стороны боковой поверхности располагались в зоне наибольшего разрежения на поверхности насадка при обтекании его потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидравлике и гидроаэродинамике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где по технологии производства требуется интенсивное перемешивание жидких, газообразных или двухфазных /газожидкостных суспензий / сред / химическая, легкая промышленность, коммунальное хозяйство и др./, в особенности в тех случаях, когда необходимо распределить малые количества одних компонентов смеси в большом объеме других.

Известен способ смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей или газов, включающий размещение поперек потока жидкости или газа насадка с дренажными отверстиями на боковой поверхности, выброс в набегающий поток смешиваемых компонентов через дренажные отверстия насадка.

Однако этот способ обладает низким коэффициентом полезного действия, связанным со значительными затратами энергии на создание высокоскоростной струи. Кроме того, для обеспечения необходимой интенсивности процесса смешивания в камере смешения создают дополнительное разрежение или подают компоненты смеси под давлением, либо используют указанные факторы одновременно. Во всех случаях происходят дополнительные затраты энергии. Кроме того, при смешивании подаваемых компонентов в больших объемах, например, в потоках каналов, русел и т.п. не представляется возможным применение этого способа, основанного на использовании камеры смешения.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение интенсивности процесса смешивания в потоке жидких и газообразных сред без дополнительных затрат энергии и обеспечивает расширение области применения способа как при решении внутренних, так и внешних задач.

Для достижения указанного технического результата в известном способе смешивания жидких или газообразных сред в потоках жидкостей и газов, насадок выполняют в виде плохообтекаемого кругового цилиндра, ориентируют его по отношению и набегающему потоку так, чтобы дренажные отверстия по обе стороны боковой поверхности располагались в зоне наибольшего разрежения на поверхности насадка при обтекании его набегающим потоком. При установке в поток кругового цилиндра его ориентируют так, чтобы оси дренажных отверстий по обе стороны боковой поверхности составляли с направлением потока угол 80-104 градуса, отсчитываемый в одну сторону против, а в другую по часовой стрелке.

Как известно при обтекании плохообтекаемых тел в поперечном потоке, образующееся на их боковых поверхностях разрежение зависит от скорости набегающего потока и инициирует поочередно с каждой поверхности отрыв потока с образованием вниз по потоку обширной области течения, заполненной вихрями, периодически формирующимися на цилиндре в точках отрыва и уносящихся потоком. Упомянутая зона разрежения при размещении в ней дренажных отверстий на поверхности обтекаемого тела, создает интенсивный отсос и выброс в поток подводимых к ним смешиваемых компонентов смеси, а образующиеся за телом вихри обеспечивают интенсивное перемешивание этих компонентов с потоком. Поскольку наиболее интенсивно отсос смешиваемых компонент в поток будет осуществляться в зоне максимального разрежения, то при установке в поток плохообтекаемого тела, например, кругового цилиндра, дренажные отверстия на боковой поверхности располагаются в этой зоне. В зависимости от режима обтекания /скорости потока/ зона максимального разрежения и отрыв потока несколько изменяют свое расположение.

На фиг. 1 показана схема поперечного обтекания кругового цилиндра с отрывом потока и график распределения коэффициента давления на его поверхности в функции от центрального угла ; на фиг. 2 картина поперечного обтекания кругового цилиндра с отрывом потока, иллюстрирующая процесс смешивания подаваемых компонент смеси с набегающим потоком в зоне течения, заполненной вихрями, оторвавшимися от поверхности цилиндра.

Предлагаемый способ смешивания реализуется следующим образом.

В поток жидкости или газа помещают плохообтекаемое тело /круговой цилиндр/ с дренажными отверстиями по обе стороны боковой поверхности цилиндра вдоль образующей. Устанавливают его поперек потока и ориентируют так, чтобы дренажные отверстия располагались в зонах наибольшего разрежения на поверхности тела при обтекании его набегающим потоком. За счет такого расположения и ориентации дренажных отверстий обеспечивается наилучший, с точки зрения эффективности, режим смешивания.

Благодаря использованию гидроаэродинамической особенности плохообтекаемого тела, достигается увеличение более, чем на порядок коэффициента разрежения в месте выхода в поток подаваемых через дренажные отверстия компонент смеси, по сравнению с разрежением, создаваемым эжектирующей струей в камере смещения.

Вследствие того, что с увеличением скорости набегающего потока растет разрежение на обтекаемом теле, а следовательно и расход подаваемых компонентов смеси, предлагаемый способ позволяет автоматически поддерживать заданный режим смешивания при изменении скорости потока. Кроме того, дополнительно за счет использования скоростного напора набегающего потока, может быть обеспечено расширение диапазона регулирования скорости выброса и расхода подаваемых в поток компонент смеси.

Поскольку сходящий с плохообтекаемого тела вихревой след, перемешиваясь с потоком, расширяется, занимая обширную область за телом, то благодаря совместному воздействию скорости выброса компонент смеси, высокой турбулентности и диффузии в следе, зона смешивания компонент смеси с потоком расширяется и заполняет поперечное сечение потока.

Ввиду того, что сброс компонент смеси в поток осуществляется за счет энергии набегающего потока, предлагаемый способ реализует процесс смешивания без использования дополнительных источников энергии.

И, наконец, вследствие того, что процесс смешивания происходит непосредственно в потоке /канале, русле, трубопроводе и т.п./ благодаря наличию в потоке плохообтекаемого тела, через отверстия в поверхности которого подаются компоненты смеси, отсутствует необходимость иметь специальную камеру смешения.